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摘 要：随着相关技术的发展和计算机的普及，越来越多的设备对供电的质量提出了更高的要求，UPS技术也得到了长足的发展。本文论述了UPS的工作原理、结构以及功能，并对UPS的发展趋势进行了分析和阐述。
关键词：UPS；工作原理；结构功能
1引言
交流不停电电源 UPS（uninterruptible power system）一般为单相正弦波输出，为机组的计算机控制，数据采集系统，重要机、电、炉保护，测量仪表及重要电磁阀等负荷，提供与系统隔离防止干扰的、可靠的不停电交流电源。它是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压恒频输出的电源设备。交流不停电电源系统包括一套静态不停电电源（UPS），其主要部件是整流器、逆变器、静态转换开关、手动控制的旁路开关、闭锁二极管、旁路（备用）电源变压器及电压调整变压器、主配电屏，还有若干个配电分屏。
2不停电电源的结构与工作原理
具体的工作原理如图1所示，当UPS供给电源正常输入时，UPS就将来电稳压后供给负荷使用，同时对机内蓄电池电池进行充电，把能量储存在电池中，当UPS供给电源中断或输入故障时，UPS将机内电池的能量转换为220V交流电继续供负载使用，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，其中AC-DC变换的作用是将从电网中来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击，而DC-AC逆变电路则采用大功率IGBT模块全桥逆变电路、具有很大的功率余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速相应特性。由于采用高频调制限流技术以及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。控制驅动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈，极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。
1.1 UPS系统原理图
3 结构与功能
3.1 整流电路
固态整流电路由交流输入隔离变压器、三相半控桥式整流电路和逻辑控制电路等构成，其输出直流电压水平由逻辑电路控制可控硅的导通时间来决定，整流电路输出用于向逆变器供应一个固定不变的直流电源，其输入电压是三相 380V、50Hz 的外部交流电源。稳态电压变动率为额定电压的±10%，频率变动率为额定频率的±5%，在各种负荷条件下，输出电压调整得不低于 252V，该值为蓄电池正常最高电压，这样可以保证整流电路的输出电压总是高于机组直流系统在浮充和均衡充电期间蓄电池端子上的电压。因此机组直流系统不会向逆变器馈电。
3.2 逆变器电路
输入逆变器的电源包括调整好的整流电路输出电源，又包括机组蓄电池引来的电源。逆变器的输出电压随蓄电池的电压变化在 189V（完全放电状态）～252V（均衡充电状态）范围内。逆变器输出为单相 230V、50Hz 的交流电压，电压的变化率控制在额定电压的±2%，频率的变化限制在额定频率的±0.5%。逆变器输出总的谐波畸变不超过 5%。逆变器电路（简称逆变器）是由全控桥式连接的可控硅、同步跟踪和自锁定等电路构成。全控桥式逆变器是将直流转变为交流，由 4 只可控硅组成，每个输出支路通过两个相应的可控硅在电源的正、负极之间来回切换，改变可控硅支路正向和反向开通时间比，平均输出电压也就随着变化（脉冲调制）。 逆变器具有同步跟踪电路、它使逆变器锁定在与外部交流电源同步状态，当外部交流电源失去后或外部交流电源频率变化范围超出整定值时，逆变器转而使用内部基准晶振回路，其频率值由内部调节整定，当其检测出外部基准电压频率漂移时，并能将它切换同时禁止静态开关切换。逆变器有防止过载和短路的限流电路、直流电压低跳闸和本体温度高跳闸电路，必要时可使逆变器电压降低从而把输出电流限制在某个范围以内，通过静态转换开关迅速向备用电源切换。
3.3 闭锁二极管
闭锁二极管是用来将整流器输出的直流电源与机组提供给逆变器的直流备用电源隔离开，使得交流不停电电源系统（UPS）的整流器不会向机组直流系统馈电，以防该整流器过载。闭锁二极管的额定电流能承担逆变器的最大输入电流。
3.4 备用电源输入隔离变压器及调压变压器电源
输入隔离变压器与调压变压器为串联连接，用来提供 230（400/230）V 的外部交流（备用）电源。调压变压器是用自动调节来维持与逆变器有相同输出电压的，也有的采用磁饱和型交流稳压回路，通过控制磁放大器的饱和度，使其阻抗发生变化来达到输出电压稳定的。
3.5.静态转换开关
每套不停电电源系统配备一套无触点静态转换开关，是一对反并起来的可控硅，具有自动和手动切换功能。在发生下列情况之一时，静态转换开关将自动快速地将电源切换到外部交流（备用）电源。
（1）逆变器失去输出或输出电压快速降低至80%额定电压。
（2）逆变器受到过激的冲击或过负荷。
（3）交流不停电电源系统负载回路发生短路。
（4）逆变器超温。
发生上述短路或过载情况的快速切换到旁路电源供电，是为了提供足够的短路电流，以使保护装置迅速切除故障，短路电流被切除之后，负荷又自动转回逆变器供电。 静态转换开关快速切换时，包括传感时间在内整个转换时间不超过 1/4 周期，至旁路电源的转换是没有相位差的，这点是由逆变器的同步电路来保证的，无相位差对于敏感的负荷如计算机之类的负荷是很重要的。
3.6. 手控旁路开关
具有接通/中间/断开三个位置的手控旁路开关的作用是，在逆变器及静态转换开关退出运行进行维修时，可不使负荷停电。手控旁路开关投入完全外部交流电源时，静态转换开关即被旁路，并切断至逆变器的同步信号。手控旁路开关的中间位置用以从旁路位置转换至正常位置时过渡接入同步信号，在转为逆变器供电前检测逆变器输出与外部交流（备用）电源应为同步。
4.不停电电源配置
5结论
今天，UPS不间断电源已经越来越普及，电源质量的可靠性和先进性已经引起越来越多的人的重视，高频化、数字化、智能化、网络化、高效率、大容量、单机冗余化是今后UPS发展的主要方向。
参考文献
[1]刘文芹.浅析UPS发展趋势[J].电源技术，2006（2）：2-3.
[2]周志敏.UPS的发展方向：数字化、智能化、网络化[EB/OL].[2008-07-07].
关键词：UPS；工作原理；结构功能
1引言
交流不停电电源 UPS（uninterruptible power system）一般为单相正弦波输出，为机组的计算机控制，数据采集系统，重要机、电、炉保护，测量仪表及重要电磁阀等负荷，提供与系统隔离防止干扰的、可靠的不停电交流电源。它是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压恒频输出的电源设备。交流不停电电源系统包括一套静态不停电电源（UPS），其主要部件是整流器、逆变器、静态转换开关、手动控制的旁路开关、闭锁二极管、旁路（备用）电源变压器及电压调整变压器、主配电屏，还有若干个配电分屏。
2不停电电源的结构与工作原理
具体的工作原理如图1所示，当UPS供给电源正常输入时，UPS就将来电稳压后供给负荷使用，同时对机内蓄电池电池进行充电，把能量储存在电池中，当UPS供给电源中断或输入故障时，UPS将机内电池的能量转换为220V交流电继续供负载使用，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，其中AC-DC变换的作用是将从电网中来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击，而DC-AC逆变电路则采用大功率IGBT模块全桥逆变电路、具有很大的功率余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速相应特性。由于采用高频调制限流技术以及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。控制驅动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈，极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。
1.1 UPS系统原理图
3 结构与功能
3.1 整流电路
固态整流电路由交流输入隔离变压器、三相半控桥式整流电路和逻辑控制电路等构成，其输出直流电压水平由逻辑电路控制可控硅的导通时间来决定，整流电路输出用于向逆变器供应一个固定不变的直流电源，其输入电压是三相 380V、50Hz 的外部交流电源。稳态电压变动率为额定电压的±10%，频率变动率为额定频率的±5%，在各种负荷条件下，输出电压调整得不低于 252V，该值为蓄电池正常最高电压，这样可以保证整流电路的输出电压总是高于机组直流系统在浮充和均衡充电期间蓄电池端子上的电压。因此机组直流系统不会向逆变器馈电。
3.2 逆变器电路
输入逆变器的电源包括调整好的整流电路输出电源，又包括机组蓄电池引来的电源。逆变器的输出电压随蓄电池的电压变化在 189V（完全放电状态）～252V（均衡充电状态）范围内。逆变器输出为单相 230V、50Hz 的交流电压，电压的变化率控制在额定电压的±2%，频率的变化限制在额定频率的±0.5%。逆变器输出总的谐波畸变不超过 5%。逆变器电路（简称逆变器）是由全控桥式连接的可控硅、同步跟踪和自锁定等电路构成。全控桥式逆变器是将直流转变为交流，由 4 只可控硅组成，每个输出支路通过两个相应的可控硅在电源的正、负极之间来回切换，改变可控硅支路正向和反向开通时间比，平均输出电压也就随着变化（脉冲调制）。 逆变器具有同步跟踪电路、它使逆变器锁定在与外部交流电源同步状态，当外部交流电源失去后或外部交流电源频率变化范围超出整定值时，逆变器转而使用内部基准晶振回路，其频率值由内部调节整定，当其检测出外部基准电压频率漂移时，并能将它切换同时禁止静态开关切换。逆变器有防止过载和短路的限流电路、直流电压低跳闸和本体温度高跳闸电路，必要时可使逆变器电压降低从而把输出电流限制在某个范围以内，通过静态转换开关迅速向备用电源切换。
3.3 闭锁二极管
闭锁二极管是用来将整流器输出的直流电源与机组提供给逆变器的直流备用电源隔离开，使得交流不停电电源系统（UPS）的整流器不会向机组直流系统馈电，以防该整流器过载。闭锁二极管的额定电流能承担逆变器的最大输入电流。
3.4 备用电源输入隔离变压器及调压变压器电源
输入隔离变压器与调压变压器为串联连接，用来提供 230（400/230）V 的外部交流（备用）电源。调压变压器是用自动调节来维持与逆变器有相同输出电压的，也有的采用磁饱和型交流稳压回路，通过控制磁放大器的饱和度，使其阻抗发生变化来达到输出电压稳定的。
3.5.静态转换开关
每套不停电电源系统配备一套无触点静态转换开关，是一对反并起来的可控硅，具有自动和手动切换功能。在发生下列情况之一时，静态转换开关将自动快速地将电源切换到外部交流（备用）电源。
（1）逆变器失去输出或输出电压快速降低至80%额定电压。
（2）逆变器受到过激的冲击或过负荷。
（3）交流不停电电源系统负载回路发生短路。
（4）逆变器超温。
发生上述短路或过载情况的快速切换到旁路电源供电，是为了提供足够的短路电流，以使保护装置迅速切除故障，短路电流被切除之后，负荷又自动转回逆变器供电。 静态转换开关快速切换时，包括传感时间在内整个转换时间不超过 1/4 周期，至旁路电源的转换是没有相位差的，这点是由逆变器的同步电路来保证的，无相位差对于敏感的负荷如计算机之类的负荷是很重要的。
3.6. 手控旁路开关
具有接通/中间/断开三个位置的手控旁路开关的作用是，在逆变器及静态转换开关退出运行进行维修时，可不使负荷停电。手控旁路开关投入完全外部交流电源时，静态转换开关即被旁路，并切断至逆变器的同步信号。手控旁路开关的中间位置用以从旁路位置转换至正常位置时过渡接入同步信号，在转为逆变器供电前检测逆变器输出与外部交流（备用）电源应为同步。
4.不停电电源配置
5结论
今天，UPS不间断电源已经越来越普及，电源质量的可靠性和先进性已经引起越来越多的人的重视，高频化、数字化、智能化、网络化、高效率、大容量、单机冗余化是今后UPS发展的主要方向。
参考文献
[1]刘文芹.浅析UPS发展趋势[J].电源技术，2006（2）：2-3.
[2]周志敏.UPS的发展方向：数字化、智能化、网络化[EB/OL].[2008-07-07].